开关电源拓扑结构分析.ppt
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开关电源拓扑结构分析.ppt
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开关电源拓朴结构分析开关电源拓朴结构分析FAENAME:
CARY.CHENSZ2电源的分类电源的分类什么是什么是PowerSupply?
PowerSupply负载Vin,IinPowerSupply是一种提供电力能源的设备,它可以将一种电力能源形式转换成另外一种电力能源形式,并能对其进行控制和调节。
上级电能形式Vo,Iof,phasef,phase根据转换的形式分类:
AC/DC,DC/DC,DC/AC,AC/AC根据转换的方法分类:
线性电源,相控电源,开关电源根据调控的效果分类:
稳压,恒流,调频,调相根据调控的方法分类:
传统反馈控制,矢量控制,数位控制2开关电源的元件构成开关电源的元件构成开关电源的基本元件:
开关电源的基本元件:
有源开关有源开关(Switch)二极管二极管(Diode)电感电感(Inductor)电容器电容器(Capacitor)变压器变压器(Transformer)3三种基本的非隔离开关电源三种基本的非隔离开关电源VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin*D/(1-D)Vo=Vin*DVo=Vin/(1-D)VoVin,Boost升压型电路4三种基本的隔离开关电源三种基本的隔离开关电源VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型变换器反激型变换器桥式变换器5反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理工作原理(电流连续模式)(电流连续模式)根据变压器的伏秒平衡:
IoVinVoGDSLmDn:
1CoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVLVin-nVoID-p6反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理工作原理(电流断续模式)(电流断续模式)根据变压器的伏秒平衡:
IoVinVoGDSLmDn:
1CoVgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nVoImVLVin-nVoID-p-nVo根据能量守恒:
7反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理(工作原理
(1)VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrVLVin-nVoID-pVr=?
IoVinVoGDSLmDn:
1LkCo8反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理(工作原理
(2)VcIoVinVoGDSLmDn:
1LkCoVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R9反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理(工作原理(3)Vo=?
IoVinVoGDSLmDn:
1LkCoVgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrICoID-p-IoVo根据Co在DT时间的基本方程:
10反激变换器(反激变换器(Flyback)工作原理(工作原理(4)多路输出的反激变换器:
多路输出的反激变换器:
减小交叉调整率的措施:
减小交叉调整率的措施:
1.尽量减少两个绕组之间的漏感。
2.在辅助输出一路中加入尖峰抑制器(饱和电感)3.主路输出工作于电流连续模式。
4.采用双路加权反馈的控制方式VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反馈控制11反激变换器(反激变换器(Flyback)特征总结特征总结缺点:
缺点:
1.输出纹波电流大。
2.输出控制特性非线性。
3.通常需要辅助的吸收回路。
4.转换效率较低。
VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1反馈控制优点:
优点:
1.电路简单。
2.输入电压范围广。
3.容易实现多路输出。
12谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)
(1)Ion:
1VinVoLoGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt0,t1t513谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)
(2)Ion:
1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt1,t2t514谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)(3)Ion:
1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt2,t3t515谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)(4)Ion:
1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt3,t4t5Lm,Cr的选取原则:
16谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)(5)Ion:
1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt4,t5t5(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡:
Vo=VinD/n17谐振复位正激变换器(谐振复位正激变换器(ResonantResetForward)特征特征VinVoCr缺点:
缺点:
1.原边开管电压应力较高。
2.谐振电容的损耗大。
3.宽范围输入效率很难兼顾。
优点:
优点:
1.电路简单。
2.线性输出控制特性。
3.不需要辅助的吸收回路。
VinVoCrVinVoCr18有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)
(1)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDTIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLkCrt0t1t2t3t4Ipt0,t1t5S1S1Sa1-D+VT-19有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)
(2)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt1,t2t5S1S1Sa1-D+VT-*副边电压的死区跟Lk和Io有关,跟原边开管的死区无关20有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(3)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt2,t3t5S1S1Sa1-D+VT-Sa在零电压条件下开通*原边开管的死区时间需满足:
21有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(4)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt3,t4t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流反向,变压器被复位22有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(5)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt4,t5t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流对主开关的输出电容放电。
t6=t023有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(6)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt4,t5t5S1S1Sa1-D+VT-激磁电流对主开关的输出电容放电。
t6=t024有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(7)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt5,t6t5S1S1Sa1-D+VT-t5时刻副边二极管钳位主开关的输出电容放电结束。
t6时刻新的周期开始t6=t025有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(8)Ion:
1VinVoLoGDSSaILVdsDIpVTIoVin/n-Vc/nImVinILILLmLk-Vc+t0t1t2t3t4Ipt5S1S1Sa1-D+VT-t6=t0(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T根据电感的伏秒平衡:
Vo=VinD/nVinDT=Vc(1-D)T根据变压器的伏秒平衡:
Vc=VinD/(1-D)Vds=Vc+VinVds=Vin/(1-D)26有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(9)Vc=VinD/(1-D)Vds=Vin/(1-D)Vin27有源钳位正激变换器(有源钳位正激变换器(ActiveClampedForward)(10)VinVoVinVoVinVoSaSaSa缺点:
缺点:
1.钳位电压建立较慢,启动过程变压器易偏磁。
2.对输入电压的动态响应慢。
优点:
优点:
1.变压器最优化复位(电压应力低)。
2.输入电压范围宽。
3.线性输出控制特性。
4.不需要辅助的吸收回路。
28桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)VinVoLS1D1D2S2半桥变换器VinVoLS1D1D2S2全桥变换器VinVoLS1D1D2S2推挽变换器VinVoS1D2S2半桥变换器(倍流整流)29桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)
(1)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinILt0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vct0,t1变换器正半周工作,Ip,Im增加;Vc减少。
C1C130桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)
(2)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinILt0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t1,t2S1关断,变压器副边续流,原边漏感能量被S2体二极管钳位。
31桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)(3)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinILt0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2t2,t3S1,S2全部关断,变压器副边续流,Lm保持不变,D1,D2电流之差为Lm。
32桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)(4)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinILt0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct3,t4变换器负半周工作,Ip,Im减少;Vc增加。
33桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)(5)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinILt0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVct4,t5S2关断,变压器副边续流,原边漏感能量被S1体二极管钳位。
34桥式变换器(桥式变换器(BridgeTypeConverter)(6)VinVoLoS1D1D2S2n:
1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/
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- 开关电源 拓扑 结构 分析